地下水流動系統基本特徵,地下水流動系統的水動力特徵

2021-03-03 21:15:22 字數 4723 閱讀 7029

1樓:中地數媒

地下水流動系統是指由源到匯的流面群構成的,具有統一時空演變過程的地下水體。托特(tòth)、英格倫(g.b.

engelen)等人在分析地下水動力場及介質場的基礎上,發展起來的地下水流動系統理論,利用地下水流網做工具,來分析地下水的滲流場、水化學場和溫度場,將它們統一在流動系統的框架內,可使人們從整體上來理解地下水系統中水迴圈特徵、滲流場、水化學場變化及其與環境之間的聯絡。英格倫等(g.b.

engelen et al.,1986)認為,地下水向下流動時,除了釋放勢能以克服粘滯性摩擦外,還將一部分勢能以壓能形式(通過壓縮水的體積)儲存起來;而在作上升運動時,則又通過水的體積膨脹,將以壓能形式儲存的勢能釋放出來以做功。

自20世紀80年代,托特和英格倫等人提出地下水流動系統理論以來,國內學者頗感興趣,在進一步研究的基礎上,提出了一些看法。王大純、張人權等(1995)認為:地下水流動系統是指由源到匯的流面群構成的,具有統一時空演變過程的地下水體;地下水流動系統具有統一的水流,沿水流方向,鹽、熱與水量發生有規律的演變,呈現統一的時空有序結構,是研究水質(水溫、水量)時空演變的理想框架與工具;流動系統以流面為邊界,屬水力零通量邊界,邊界可變。

這些對流動系統的認識,有助於運用流動系統理論來分析地下水系統與外界環境的相互關係,深刻理解系統內水量、水質的變化規律和特徵。

地下水流動系統的水動力特徵

2樓:中地數媒

地下水流動系統中重力勢能是地下水流動的主要驅動能。位於補給區(源)的地下水勢能高,地下水在流動過程中,要克服水質點之間的內摩擦力,以及水質點與介質表面的摩擦力,消耗勢能,到了排洩區(匯),源-匯間的勢能基本消耗殆盡。通常地下水含水系統結構複雜,要想繪製出符合實際的流網實屬不易,即便是結構較為簡單的孔隙含水系統也是如此,需考慮的因素很多。

為簡化問題,選擇結構簡單、研究程度較高的洪積扇流動系統,來說明地下水流動系統的水動力特徵。見圖5-12。

圖5-12 洪積扇流動系統分析示意圖

河流出山口以後,在洪積扇上、中部滲漏補給地下水,將相應的重力勢施加於地下水,使水向位勢低的盆地中心流動,途中因巖相分異出現的粘性土層起阻擋作用,發生壅水,使水位抬升,溢位地表排洩,成為溢位帶。

下面以圖5-12中,山口下方-b點-溢位帶的流線來分析水沿流線運動時的能量轉換。洪積扇流動系統中,河流山口處位勢最高,下方的地下水具有較高的重力勢能,水沿流線方向流動過程中,除克服粘滯性摩擦阻力、消耗部分勢能外,隨深度增加,部分勢能轉換為壓縮能,b點處於流線最低點,壓縮能最大,水下降的勢能與壓縮勢能在b點達到平衡。過b點後,儲存的壓縮勢開始釋放,壓縮能轉換為上升動力,水流作上升運動,流向溢位帶。

從能量轉換觀點來分析,水從山口下滲,到溢位帶洩出,在地下徑流過程中要消耗部分勢能,消耗的勢能應等於河流出山口與溢位帶之間的位能差,即g·γw·δh(g為重力加速度,γw為水的密度)。

圖5-12中,山口下方-b點-溢位帶的流線是洪積扇流動系統中十分重要的界線,其上方,流線分佈較密,都匯聚於溢位帶,表明河流滲漏進入含水系統中的水,大部分在溢位帶洩出,水交替十分積極,稱為積極交替帶(ⅰ);其下方,流線分佈稀疏,徑流途徑長,水流滯緩,水交替緩慢,稱為緩慢交替帶(ⅱ)。按托特(tòth)對流動系統的劃分原則,可將積極交替帶看作區域性流動系統,緩慢交替帶看作為中間流動系統,分別作為兩個子流動系統,b點應是積極交替帶發育的最深位置,代表積極交替帶所佔據的空間大小。

關於流動系統佔據空間的問題,英格倫等(g.b.engele*** al.

,1986)認為:同一介質場中存在兩個或更多的地下水流動系統時,它們所佔據的空間大小取決於以下兩個因素:①勢能梯度(i),它等於源匯的勢差除以源匯的水平距離,勢能梯度愈大的流動系統佔據的空間愈大,反之亦然;②介質的滲透性(k),透水性愈好,發育於其中的流動系統所佔據的空間愈大。

為進一步說明流動系統佔據空間問題,以洪積扇為例,洪積扇流動系統上部,積極交替帶中水迴圈迅速,水的年齡應較小;緩慢交替帶中水迴圈緩慢,水的年齡較老。若對洪積扇不同部位和深度的水進行氚同位素檢測,配合流網分析,便能確定積極交替帶的下限位置,也就是說能相對準確地確定積極交替帶的分佈空間。

表5-3 柴達木盆地南緣主要洪積扇積極交替帶發育最大深度

青海省柴達木盆地南緣,自東向西,分佈著諾木洪、格爾木和那稜格勒三個大型洪積扇,對其曾做過不同部位和深度水的氚同位素檢測,根據氚同位素檢測資料和水文地質資料,採用流網分析,繪製出三個洪積扇的流動系統剖面圖,見圖5-14,5-15,5-16。

從三個洪積扇的流動系統剖面圖和表5-3可知:

1)積極交替帶最大發育深度與河流出山口與溢位帶之間的高差(δh)有關,發育深度均小於δh值,只有δh值的0.7~0.84。

圖5-14 諾木洪洪積扇流動系統剖面分析

圖5-15 格爾木洪積扇流動系統剖面分析

2)三個洪積扇的勢能梯度分別為0.012、0.01和0.008,平均勢能梯度為0.01,平均積極交替帶最大發育深度為197m。

3)積極交替帶發育深度除受含水介質滲透性(k)影響外,還可能受含水系統結構的影響。例如,格爾木洪積扇,地下水徑流途中有一個地**水,消耗了部分勢能,造成積極交替帶發育最大深度只有河流出山口與溢位帶高差的0.7,小於其餘兩個洪積扇;諾木洪洪積扇前緣的下部有一個由下更新統地層構成的隆起,影響到溢位帶的位置,使勢能梯度比其餘兩個洪積扇大些。

三個洪積扇的氚同位素檢測表明,年齡小的水主要分佈在洪積扇溢位帶以上的扇體內,水交替十分積極,河水的測流資料和溢位帶的測流資料證實,天然條件下,河流滲漏補給量與溢位帶泉水洩出量相當;周邊沖積平原和湖積平原下的地下水年齡較老,水迴圈條件較差。

圖5-16 那稜格勒洪積扇流動系統剖面分析

總的來說,重力是地下水流動的驅動力,補給區與排洩區之間的位勢差決定了地下水流動發育的深度和規模,由於地下水流動過程中摩擦和內摩擦要消耗部分能量,故流動系統發育深度要小於補給區與排洩區之間的高差。瞭解這一特徵,有助於正確分析大型地下水系統中,區域流動系統、區域性流動系統之間的空間分佈關係,及其對水交替程度和水質運移的影響。

地下水流動系統的水化學特徵

3樓:中地數媒

在地下水流動系統中,任一點的水質取決於輸入的水質、流程、流速、流動過程中遇到的物質及其可遷移性以及流動過程中經受的各種水化學作用(王大純等,1995)。地下水在流動過程中會對流經的岩土進行溶濾,增加水中的水化學成分,水徑流途徑和滯留時間愈長,從含水介質中溶濾的成分便愈多,沿流線方向,地下水的可溶性固型物(礦化度)逐漸增加,水化學型別也隨之從重碳酸鹽型逐漸變為硫酸鹽型,再轉換為氯化物型,呈現出明顯的分帶。見圖5-12。

在洪積扇地下水流動系統中的積極交替帶和緩慢交替帶,因流程和迴圈速度上的差異,使得它們水化學特徵有著明顯的差異。這種差異以及兩帶排洩方式的不同,是造成含水系統中水化學垂向和平面分帶的重要原因之一。

積極交替帶:大部分地下水由河水滲漏轉換而來,徑流途徑短,水迴圈快,溶濾的物質少,水化學型別主要為重碳酸鹽型,礦化度低,即使在溢位帶礦化度通常也小於1g/l,成為乾旱盆地內珍貴的淡水資源,滋養著溢位帶周圍的綠洲。積極交替帶大體與山前傾斜平原分佈範圍相當,形成低礦化重碳酸鹽型水分佈帶。

大型洪積扇的積極交替帶規模大,延伸距離長,所代表的低礦化重碳酸鹽型水分佈頻寬,而小型洪積扇或扇間窪地則要窄的多。

緩慢交替帶:地下水徑流途徑長,水迴圈緩慢,與岩土介質作用時間長,溶濾的物質較多,以硫酸鹽型水為主,沿流線方向逐漸變為氯化物型水,到盆地中心,礦化度一般可達十餘克/升至百餘克/升,向上越流排洩於沖積平原和湖積平原中的潛水含水層。緩慢交替帶上部,徑流途徑相對較短,以硫酸鹽型水為主,越流排洩於沖積平原潛水含水層,形成硫酸鹽型水帶,分佈在低礦化重碳酸鹽型水分佈帶外圍。

水迴圈緩慢的下部,地下水徑流途徑長,水迴圈緩慢,以氯化物型水為主,到盆地中心則成為高礦化度的氯化物型水,水頭高於地表,向上越流補給潛水含水層或向鹽湖排洩,形成大片氯化物型水分佈區,併成為鹽湖鹽分堆積的主要**之一,因此,在進行鹽湖鹽分均衡計算時,必須考慮地下水流動系統的鹽分聚集作用對鹽湖化學堆積的影響。見圖5-17。

圖5-17 新疆準噶爾盆地南緣第四系水型別分佈圖

在地下水流動系統中,地下水化學成分呈現出有序的時空變化,是西北諸多內陸盆地內呈現水化學分帶的重要的內在原因。雖然水化學分帶性也受表層潛水的蒸發濃縮作用和地表水匯入狀態的影響,但總的水化學分帶的格局受控於地下水流動系統對水化學物質搬運、聚集的分帶作用。因此,通過地下水流動系統水化學特徵分析,認識內陸盆地內水化學分帶特徵,對於合理利用地下水資源,瞭解土地含鹽量分佈對植被生態的影響,以及鹽湖資源的合理利用有重要的理論意義和實用價值。

地表水和地下水有什麼特點? 5

4樓:為江山放棄了愛

一、地下水的特點

1、流動較慢,水質引數變化慢,一旦汙染很難恢復。

2、埋藏深度不同,溫度變化規律也不同。

3、取出後水質狀況容易發生改變。

4、由於採水器的吸附或沾汙及某些組分的損失,水樣的真實性將受到影響。

二、地表水的特點

1、除海洋含鹽量極高以外,其他地表水的含鹽量低。

2、與地下水相比,硬度較低。

3、與地下水相比,地表水中汙染物質含量很高。

擴充套件資料

通過對地表水和地下水的聯合運用可以達到以下幾個方面的目的。

1、調蓄地表徑流。利用含水層的蓄水功能,蓄存豐水時期的多餘地表水量,供枯水時期使用。

2、改善地下水質。調蓄地表徑流水量,對含鹽量較高的地下水可以起到稀釋作用。巴基斯坦和以色列的一些灌區,曾採用這樣的方法減少地下水的含鹽量。

3、調控地下水位。大型水庫和灌區的興建,增加了對地下水的補給,引起地下水位升高,導致灌溉土地漬澇和次生鹽鹼化。在這些地區,開採利用地下水可降低地下水位,配合地面排水,進行旱、澇、鹽鹼綜合治理;但地下水超量開採會引起地下水位下降,使水井建設費用和抽水費用增加。

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